微處理器

　　自從人類(lèi)1947年發(fā)明晶體管以來(lái)，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒(méi)有的。半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)整個(gè)社會(huì)產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來(lái)越高，CPU可以集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，這種具有中央處理器功能的大規(guī)模集成電路器件，被統(tǒng)稱為“微處理器”。需要注意的是：微處理器本身并不等于微型計(jì)算機(jī)，僅僅是微型計(jì)算機(jī)的中央處理器。

　　微處理器已經(jīng)無(wú)處不在，無(wú)論是錄像機(jī)、智能洗衣機(jī)、移動(dòng)電話等家電產(chǎn)品，還是汽車(chē)引擎控制，以及數(shù)控機(jī)床、導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等都要嵌入各類(lèi)不同的微處理器。微處理器不僅是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，也是各種數(shù)字化智能設(shè)備的關(guān)鍵部件。國(guó)際上的超高速巨型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等高端計(jì)算系統(tǒng)也都采用大量的通用高性能微處理器建造。

　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　16位微處理器（圖中為8086微處理器）可分成兩個(gè)部分，一部分是執(zhí)行部件(EU)，即執(zhí)行指令的部分；另一部分是總線接口部件(BIU)，與8086總線聯(lián)系，執(zhí)行從存儲(chǔ)器取指令的操作。微處理器分成EU和BIU后，可使取指令和執(zhí)行指令的操作重疊進(jìn)行。EU部分有一個(gè)寄存器堆，由8個(gè)16位的寄存器組成，可用以存放數(shù)據(jù)、變址和堆棧指針、算術(shù)運(yùn)算邏輯單元(ALU)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作，標(biāo)志寄存器寄存這些操作結(jié)果的條件。執(zhí)行部件中的這些部件是通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)的?？偩€接口部件也有一個(gè)寄存器堆，其中CS、DS、SS和ES是存儲(chǔ)空間分段的分段寄存器。IP是指令指針。內(nèi)部通信寄存器也是暫時(shí)存放數(shù)據(jù)的寄存器。指令隊(duì)列是把預(yù)先取來(lái)的指令流存放起來(lái)?？偩€接口部件還有一個(gè)地址加法器，把分段寄存器值和偏置值相加，取得20位的物理地址。數(shù)據(jù)和地址通過(guò)總線控制邏輯與外面的8086系統(tǒng)總線相聯(lián)系。

　　微處理器的分類(lèi)

　　根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域，微處理器大致可以分為三類(lèi)：通用高性能微處理器、嵌入式微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器、微控制器。一般而言，通用處理器追求高性能，它們用于運(yùn)行通用軟件，配備完備、復(fù)雜的操作系統(tǒng)；嵌入式微處理器強(qiáng)調(diào)處理特定應(yīng)用問(wèn)題的高性能，主要用于運(yùn)行面向特定領(lǐng)域的專(zhuān)用程序，配備輕量級(jí)操作系統(tǒng)，主要用于蜂窩電話、CD播放機(jī)等消費(fèi)類(lèi)家電；微控制器價(jià)位相對(duì)較低，在微處理器市場(chǎng)上需求量最大，主要用于汽車(chē)、空調(diào)、自動(dòng)機(jī)械等領(lǐng)域的自控設(shè)備。

　　CPU是Central Processing Unit（中央微處理器）的縮寫(xiě)，它是計(jì)算機(jī)中最重要的一個(gè)部分，由運(yùn)算器和控制器組成。如果把計(jì)算機(jī)比作人，那么CPU就是人的大腦。CPU的發(fā)展非常迅速，個(gè)人電腦從8088(XT)發(fā)展到現(xiàn)在的Pentium 4時(shí)代，只經(jīng)過(guò)了二十一年的時(shí)間。

　　中國(guó)研發(fā)

　　2004年2月18日，由清華大學(xué)自主研發(fā)的32位微處理器THUMP芯片終于領(lǐng)到了由國(guó)家教育部頒發(fā)的“身份證”：典型工作頻率400MHz，功耗1.17mW/MHz，芯片顆粒40片，最高工作頻率可達(dá)500MHz，是目前國(guó)內(nèi)工作頻率最高的微處理器。 “這標(biāo)志著我國(guó)在自主研發(fā)CPU芯片領(lǐng)域邁開(kāi)了實(shí)質(zhì)性的一大步。”教育部對(duì)THUMP的誕生給予了較高評(píng)價(jià)。

　　在龍芯1號(hào)、龍芯2號(hào)的基礎(chǔ)上，中國(guó)正在自主研發(fā)新一代的龍芯3號(hào)。

　　龍芯3A的工作頻率為900MHz～1GHz，功耗約15W，頻率為1GHz時(shí)雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值達(dá)到每秒160億次，單精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值每秒320億次。龍芯3A采用意法半導(dǎo)體公司（STMicro）65納米CMOS工藝生產(chǎn)，晶體管數(shù)目達(dá)4.25億個(gè)，芯片采用BGA封裝，引腳的數(shù)目為1121個(gè)，功耗小于15瓦。 龍芯3A集成了四個(gè)64位超標(biāo)量處理器核、4MB的二級(jí)Cache、兩個(gè)DDR2/3內(nèi)存控制器、兩個(gè)高性能HyperTransport控制器、一個(gè)PCI/PCIX控制器以及LPC、SPI、UART、GPIO等低速I(mǎi)/O控制器。龍芯3A的指令系統(tǒng)與MIPS64兼容并通過(guò)指令擴(kuò)展支持X86二進(jìn)制翻譯。龍芯3號(hào)在包括服務(wù)器、高性能計(jì)算機(jī)、低能耗數(shù)據(jù)中心、個(gè)人高性能計(jì)算機(jī)、高端桌面應(yīng)用、高吞吐計(jì)算應(yīng)用、工業(yè)控制、數(shù)字信號(hào)處理、高端嵌入式應(yīng)用等產(chǎn)品中具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。